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WO2003052364A1 - Method for producing a microstructure - Google Patents

Method for producing a microstructure Download PDF

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Publication number
WO2003052364A1
WO2003052364A1 PCT/EP2002/014192 EP0214192W WO03052364A1 WO 2003052364 A1 WO2003052364 A1 WO 2003052364A1 EP 0214192 W EP0214192 W EP 0214192W WO 03052364 A1 WO03052364 A1 WO 03052364A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spacer
layer
substrate
sacrificial layer
etching
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/014192
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Eickhoff
Stefan Kolb
Reinhard Wittmann
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Publication of WO2003052364A1 publication Critical patent/WO2003052364A1/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00912Treatments or methods for avoiding stiction of flexible or moving parts of MEMS
    • B81C1/0092For avoiding stiction during the manufacturing process of the device, e.g. during wet etching
    • B81C1/00944Maintaining a critical distance between the structures to be released
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802Details

Definitions

  • the present invention relates to the field of manufacturing microstructures, and more particularly to the field of manufacturing microstructures with movable elements.
  • Micromechanical components with one or more elements movable with respect to a substrate are used in many devices.
  • acceleration sensors or rotation rate sensors comprise movable structures, a movable structure serving as a sensor element for detecting mechanical physical quantities, such as an acceleration or an angular velocity. Consequently, the quality and the performance of a method for producing such a movable structure are of decisive importance for the behavior and the accuracy of the measurement of physical quantities in such components.
  • a sacrificial layer which is arranged between a substrate and the layer which is to serve as a movable structure is used to produce a movable structure.
  • the sacrificial layer is partially or completely removed by wet chemical etching in order to form the movable structure, the etching agent used having to have a sufficient lateral etching rate in order to enable the etching of the sacrificial layer.
  • wet chemical etching to remove the sacrificial layer, however, the problem arises that when the etching solution dries, capillary forces occur, which often lead to mechanical contact between the movable one
  • HF gas etching is conventionally used for this purpose, but it has the disadvantage that special devices are required for this, which go beyond the devices used in industrial semiconductor production. Furthermore, performing HF gas etching is complex and difficult to control.
  • a known possibility of fixing the movable structure during the wet chemical etching is to use a so-called "lacquer plug" as described in DE19600399.
  • lacquer is introduced into an opening in the sacrificial layer via an opening in the structure, the lacquer plug thus formed having a small spatial extent.
  • the lacquer plug can then be removed either by a dry chemical method, such as, for example, ashing in an oxygen plasma, or by an organic solvent with supercritical drying.
  • this method has the disadvantage that reliable coating filling and residue-free coating removal are associated with technological difficulties for thick, movable structures.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for producing a microstructure with a movable element.
  • the present invention is based on the finding that in the production of a moveable structural layer, an unwanted connection of a substrate and a moveable structural layer can be avoided by using a spacer between the substrate and the moveable structural layer, the material of which is chosen in this way is that the spacer essentially remains during the removal of a sacrificial layer which is arranged between the substrate and the movable structural layer and can be removed in a subsequent dry chemical etching after the removal of the sacrificial layer.
  • An advantage of the present invention is that the manufacture of a movable structural layer can be carried out without special equipment, which goes beyond standard equipment in semiconductor production, and in particular that the spacer can be removed by a dry etching process, in which an adhesive connection of the movable Structure and the substrate does not occur.
  • the movable layer is applied to a first sacrificial layer, which is arranged on a substrate, wherein a second sacrificial layer is further provided on the movable layer, on which a cover layer is provided.
  • the spacer can advantageously be used in this exemplary embodiment. be applied such that it is only connected to the cover layer.
  • the adhesion achieved is sufficient to prevent irreversible adhesion of the movable structure during the removal of the first and second sacrificial layers. The resulting avoidance of a support that is compatible with both the substrate and the
  • Connected lid is an advantage in that the fact that the shallow depth of the same is considerably facilitated.
  • La-f are schematic cross-sectional representations of an arrangement which undergoes a manufacturing process according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2a-e are schematic cross-sectional representations of an arrangement which undergoes a manufacturing process according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. La shows a cross-sectional view of an arrangement before going through a manufacturing process according to the present invention.
  • the arrangement which represents a raw structure for a component, such as a sensor element for detecting an acceleration or an angular velocity, has a substrate 1 made of a semiconductor material, on which a sacrificial layer 2 is applied on one side thereof.
  • a structural layer 3 which is formed, for example, from a polycrystalline silicon material, is applied to the sacrificial layer 2, which preferably consists of an oxide which can be etched by wet chemistry, such as silicon oxide.
  • the structure layer should form the movable structure after going through the manufacturing process.
  • the structural layer has recesses that allow lateral etching of the sacrificial layer 2 to remove enable the same.
  • the structuring of the structure layer 3 is likewise carried out by means of methods and devices which are known from standard semiconductor production and, for example, comprise conventional photolithography.
  • the structural layer 3 comprises recesses in which the material of the structural layer 3 has been removed, so that the sacrificial layer 2 is exposed in these areas.
  • the recesses in the structure layer 3 are formed by means of known methods, such as, for example, photolithography with a subsequent etching process.
  • Fig. Lb shows the arrangement of Fig. La after a first process step.
  • a coherent lacquer layer 4 made of a photoresist is first applied to the structure layer 3.
  • the lacquer layer 4 is removed over a recess of the structure layer 3 by means of known photolithography techniques, so that a channel 5 is formed through the recess in the structure layer 3 and the exposed area of the lacquer layer 4, which in the direction of the substrate 1 through the Sacrificial layer 2 is limited.
  • Fig. Lc shows the arrangement of Fig. La after the execution of a further process step.
  • a recess 6 is formed in the sacrificial layer 2 by an etching process.
  • the etching process can be carried out by etching with an anisotropically etching agent or by etching with an anisotropically etching agent together with an isotropically etching agent, the etching agent in each case being fed via channel 5 to the opera layer 3 and attacking it.
  • the use of a suitable anisotropic etching agent with a sufficient lateral etching rate has the effect that after the etching process, the recess 6 formed beyond the channel 5 formed
  • the recess 6 has a boundary which extends laterally through a surface of the sacrificial layer 2, in the direction toward the substrate 1 through a surface of the substrate 1 and in the direction away from the substrate 1 through a section of the structural layer 3 is delivered.
  • the lacquer layer 4 is then removed, so that the arrangement shown in FIG. 1c is obtained.
  • a spacer 7 is introduced in a deposition process.
  • the spacer material penetrates into the recess 6 and forms a coherent layer along the boundaries of the recess 6 and along lateral surfaces which form the passage to the recess 6 , whereby the spacer layer can be structured in such a way that a spacer layer can be structured so that it only remains in support areas by means of a subsequently applied mask, which consists, for example, of a photoresist layer structured by means of photolithography.
  • the continuous layer that forms the spacer 7 is preferably formed such that it extends partially over a region of the surface of the structural layer 3, as shown in FIG.
  • LPCVD low pressure chemical vapor deposition
  • the use of a nitride layer is advantageous due to the high mechanical stability, as a result of which the thickness and geometry of the spacer 7 can be kept small.
  • the method according to the invention is also suitable for arrangements in which movable structures of small order of magnitude are to be produced.
  • the method of using a nitride layer which is applied by means of an LPCVD method, enables the spacer 7 to be formed even for deep structures with a thick sacrificial layer, since the applied nitride layer has a very good edge coverage, as a result of which good layer adhesion is achieved .
  • a further advantage of using a nitride layer results from the fact that nitride material has a substantially lower etching rate than the material of the sacrificial layer 2 in the case of wet chemical etching.
  • the thickness of the layer of the spacer 7 can be dimensioned such that, in the step of wet chemical etching of the sacrificial layer 2 described below, the spacer 7 is only slightly removed due to the lower etching rate of the nitride material compared to the sacrificial material and remains, so that Nitride layer can maintain a function as an elastic, distance-maintaining connection between the substrate 1 and the structural layer 3 during a subsequent etching process of the sacrificial layer 2.
  • FIG. 1e shows the arrangement after an etching process of the sacrificial layer 2.
  • a protective layer for example made of photoresist, is formed using known techniques in order to protect regions of the structural layer 3 against undesired etching.
  • the etching agent engages through the recesses in the structural layer 3 to the sacrificial layer 2, the sacrificial layer 2 between the structural layer 3 and the substrate 1 being partially or completely removed due to a high lateral etching rate of the etchant.
  • the present invention offers the advantage that etching with a good lateral etching rate can be achieved with a suitable choice of the spacer.
  • the spacer 7 is removed by means of a dry chemical etching process, the arrangement shown in FIG.
  • the etching process can be carried out in systems that are used as standard in semiconductor production.
  • the use of a dry chemical etching process to remove the spacer 7 has the advantages of good controllability and removal of the spacer 7 without leaving residues. It has proven to be an advantage here that the spacer 7 can be formed with a small geometry and thickness, whereby a simple and residue-free removal of the same is additionally facilitated by means of a dry chemical etching process.
  • a structural layer 3 movable with respect to the substrate 1 can be used, for example, as a detection element in an acceleration sensor or a rotation rate sensor, the movable structure layer 3 serving as a sensitive element for detecting physical quantities.
  • the spacer 7 is introduced in such a way that it is connected to a cover 10 and a structural layer 3.
  • FIG. 2a shows a raw structure of the second exemplary embodiment.
  • a first sacrificial layer 8 is formed on a substrate 1, on which in turn a structural layer 3 is formed, which is to form the movable structure.
  • the structural layer 3 has recesses in order to enable lateral etching.
  • a second sacrificial layer 9 is formed on the structure layer 3 and in the recesses thereof. Furthermore, a cover 10 is formed on the second sacrificial layer 9, which has recesses to enable lateral etching, which are preferably formed above the recesses in the structural layer 3, as shown in FIG. 2a.
  • the first sacrificial layer 8 and the second sacrificial layer 9 have a material that can be etched by wet chemistry, such as silicon oxide.
  • the first 8 and second 9 sacrificial layers are used in this exemplary embodiment in order to keep the movable structure which is formed from the structure layer 3 movable with respect to the substrate 1 and the cover 10.
  • FIG. 2b shows the structure of FIG. 2a after a first etching process has been carried out to form a recess 6, in which the spacer 7 is introduced in a subsequent step.
  • the recess 6 is formed by etching with an anisotropically etching agent or with an anisotropically etching agent together with an isoptrop-etching agent.
  • the etchant is ne recess 11 in the cover 10 to the second sacrificial layer 9 is supplied.
  • the use of the anisotropic etching agent causes the recess 6 in the second sacrificial layer 9 to extend laterally beyond the recess 11 of the cover 10.
  • a photoresist is applied to the cover 10 and into the recesses thereof prior to the etching process, the area in which the recess 6 is to be formed being defined by suitable structuring by means of, for example, photolithography.
  • the depth of the etching is regulated via the etching time.
  • the spacer 7 is introduced by means of a deposition process and preferably by a CVD process, with reference to FIG. 2c. Since the recess 6 is only formed in the second sacrificial layer 9, the spacer 7 is formed as a coherent layer which extends along the boundary surfaces of the recess 6 and on an area of the cover 10.
  • the spacer 7 is applied in such a way that a coherent layer is first applied along the boundary surfaces of the recess 6, on the cover 10 and in recesses thereof. As has already been described in the first exemplary embodiment, the spacer 7 is then limited to the desired area by means of a photolithography and an etching step.
  • the first 8 and second 9 sacrificial layers are removed by wet-chemical anisotropic etching in accordance with the first exemplary embodiment.
  • the first 8 and second 9 sacrificial layers are preferably removed in one process step.
  • the spacer 7 prevents the structural layer 3 from coming into contact with the substrate 1 or the cover 10 during the etching step.
  • the spacer since the spacer is anchored to the cover 10 and not to the substrate 1 after the etching of the first 8 and second 9 sacrificial layer, in order to provide support for the structural layer 3, it is necessary to include the material for the spacer 7 to select a large adhesiveness in order to withstand the weight of the structural layer 3 and the cohesive forces generated during the etching.
  • nitrite which has a high anchoring ability, is advantageously used for this purpose.
  • the method according to the second exemplary embodiment enables the first sacrificial layer by limiting the spacer 7 to the depth of the structural layer 3
  • the movable structure 3 is freely movable with respect to the substrate 1 and the cover 10, the latter being connected at one edge to the substrate 1 and the cover 10 via remnants of the sacrificial layers 8 and 9.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a microstructure comprising a substrate (1) and a structure that can be displaced in relation to said substrate (1). A spacer (7) is placed on a raw structure comprising the substrate (1), a sacrificial layer (2) on the substrate (1) and a patterned layer (3), whereby the sacrificial layer (2) is located between the patterned layer (3) and the substrate (1) and the spacer is inserted between the patterned layer (3) and the substrate (1). The material of the spacer (7) is different from that of the sacrificial layer (2) and can be dry-etched. Once the spacer (7) is in place, the sacrificial layer (2) is removed, in such a way that part of the spacer (7) remains. The spacer (7) is then removed by dry-etching.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Herstellen einer MikroStrukturMethod of making a microstructure
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von MikroStrukturen und spezieller auf das Gebiet der Herstellung von MikroStrukturen mit beweglichen Elementen.The present invention relates to the field of manufacturing microstructures, and more particularly to the field of manufacturing microstructures with movable elements.
Mikromechanische Bauelemente mit einem oder mehreren bezüglich eines Substrats beweglichen Elementen werden bei vielen Vorrichtungen eingesetzt. Beispielsweise umfassen Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren bewegliche Strukturen, wobei eine bewegliche Struktur als Sensorelement zum Erfassen mechanischer physikalischer Größen, wie beispielsweise einer Beschleunigung oder einer Winkelgeschwindigkeit dient. Folglich ist die Güte und die Leistungsfähigkeit eines Verfahrens zur Herstellung einer sol- chen beweglichen Struktur für das Verhalten und die Genauigkeit der Messung physikalischer Größen bei derartigen Bauelementen von entscheidender Bedeutung.Micromechanical components with one or more elements movable with respect to a substrate are used in many devices. For example, acceleration sensors or rotation rate sensors comprise movable structures, a movable structure serving as a sensor element for detecting mechanical physical quantities, such as an acceleration or an angular velocity. Consequently, the quality and the performance of a method for producing such a movable structure are of decisive importance for the behavior and the accuracy of the measurement of physical quantities in such components.
Herkömmlicherweise wird zur Herstellung einer beweglichen Struktur eine Opferschicht verwendet, die zwischen einem Substrat und der Schicht, die als bewegliche Struktur dienen soll, angeordnet ist. Dabei wird die Opferschicht durch ein naßchemisches Ätzen teilweise oder vollständig entfernt, um die bewegliche Struktur zu bilden, wobei das ver- wendete Ätzmittel eine ausreichende laterale Ätzrate aufweisen muß, um das Ätzen der Opferschicht zu ermöglichen. Bei der Verwendung der naßchemischen Ätzung zur Entfernung der Opferschicht tritt jedoch das Problem auf, daß bei dem Trocknen der Ätzlösung Kapillarkräfte auftreten, die häufig zu einem mechanischen Kontakt zwischen der beweglichenConventionally, a sacrificial layer which is arranged between a substrate and the layer which is to serve as a movable structure is used to produce a movable structure. The sacrificial layer is partially or completely removed by wet chemical etching in order to form the movable structure, the etching agent used having to have a sufficient lateral etching rate in order to enable the etching of the sacrificial layer. When using the wet chemical etching to remove the sacrificial layer, however, the problem arises that when the etching solution dries, capillary forces occur, which often lead to mechanical contact between the movable one
Struktur und dem Substrat führen. Spezieller kann dies dazu führen, daß die bewegliche Struktur und das Substrat eine unlösbare mechanische Verbindung eingehen, da zu dem Zeit- punkt des Ätzens die Oberflächen derselben hochrein und chemisch aktiv sind. Da folglich die Beweglichkeit der beweglichen Struktur durch das Haften derselben an dem Substrat nicht mehr gegeben ist, führt dies zu einem Totalaus- fall des Bauteils, wodurch sich bei einer Massenproduktion die Herstellungskosten pro Stückeinheit erhöhen.Structure and the substrate lead. More specifically, this can result in the movable structure and the substrate forming an inseparable mechanical connection, since at the time point of etching the surfaces of the same are highly pure and chemically active. As the mobility of the movable structure is consequently no longer given by the fact that it adheres to the substrate, this leads to a total failure of the component, which increases the production costs per unit in mass production.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung von Kapillarkräften und der damit verbundenen Haftungsverbindung beim Ätzen besteht darin, eine Gasphasenätzung zu verwenden. Herkömmlicherwei- se wird dazu eine HF-Gasätzung verwendet, wobei dieselbe den Nachteil aufweist, daß spezielle Vorrichtungen dafür erforderlich sind, die über die bei einer industriellen Halbleiterproduktion verwendeten Vorrichtungen hinausgehen. Ferner ist das Durchführen einer HF-Gasätzung komplex und schwer beherrschbar.One way to avoid capillary forces and the associated adhesive bond during etching is to use gas phase etching. HF gas etching is conventionally used for this purpose, but it has the disadvantage that special devices are required for this, which go beyond the devices used in industrial semiconductor production. Furthermore, performing HF gas etching is complex and difficult to control.
Ungünstigerweise sind ferner Trockenätzverfahren, die standardmäßig bei der Halbleiterproduktion verwendet werden, wegen der geringen lateralen Ätzraten für ein Ätzen der Opferschicht nicht verwendbar.Unfortunately, dry etching methods, which are used as standard in semiconductor production, cannot be used for etching the sacrificial layer because of the low lateral etching rates.
Eine bekannte Möglichkeit einer Fixierung der beweglichen Struktur während der naßchemischen Ätzung besteht darin, einen sogenannten "Lackstöpsel" zu verwenden, wie es in der DE19600399 beschrieben ist. Dabei wird Lack über eine Öffnung der Struktur in eine Ausnehmung der Opferschicht eingebracht, wobei der dadurch gebildete Lackstöpsel eine geringe räumliche Ausdehnung aufweist. Nach einer Entfernung der Opferschicht mittels einer naßchemischen Ätzung kann der Lackstöpsel daraufhin entweder durch ein trockenchemisches Verfahren, wie beispielsweise eine Veraschung in einem Sauerstoffplasma, oder durch ein organisches Lösungsmittel unter superkritischer Trocknung entfernt werden. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß für dicke bewegliche Strukturen eine zuverlässige Lackfüllung und eine rückstandslose Lackentfernung mit technologischen Schwierigkeiten behaftet sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer MikroStruktur mit einem beweglichen Element zu schaffen.A known possibility of fixing the movable structure during the wet chemical etching is to use a so-called "lacquer plug" as described in DE19600399. In this case, lacquer is introduced into an opening in the sacrificial layer via an opening in the structure, the lacquer plug thus formed having a small spatial extent. After the sacrificial layer has been removed by means of a wet chemical etching, the lacquer plug can then be removed either by a dry chemical method, such as, for example, ashing in an oxygen plasma, or by an organic solvent with supercritical drying. However, this method has the disadvantage that reliable coating filling and residue-free coating removal are associated with technological difficulties for thick, movable structures. The object of the present invention is to provide an improved method for producing a microstructure with a movable element.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 o- der 11 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 or 11.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß bei der Herstellung einer beweglich auszubildenden Strukturschicht ein nicht gewolltes Verbinden eines Substrats und einer beweglich auszubildenden Strukturschicht dadurch vermieden werden kann, daß ein Abstandhalter zwischen dem Substrat und der beweglich auszubildenden Strukturschicht verwendet wird, dessen Material derart gewählt ist, daß der Abstandhalter während der Entfernung einer Opferschicht, die zwischen dem Substrat und der beweglich auszubildenden Strukturschicht angeordnet ist, im wesentlichen bestehen bleibt und bei einem darauffolgenden trockenchemischen Ät- zen nach der Entfernung der Opferschicht entfernt werden kann.The present invention is based on the finding that in the production of a moveable structural layer, an unwanted connection of a substrate and a moveable structural layer can be avoided by using a spacer between the substrate and the moveable structural layer, the material of which is chosen in this way is that the spacer essentially remains during the removal of a sacrificial layer which is arranged between the substrate and the movable structural layer and can be removed in a subsequent dry chemical etching after the removal of the sacrificial layer.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Herstellung einer beweglichen Strukturschicht ohne Spe- zialausrüstung durchgeführt werden kann, die über eine standardmäßige Ausrüstung bei der Halbleiterproduktion hinausgeht, und daß insbesondere der Abstandshalter durch einen Trockenätzvorgang entfernt werden kann, bei dem ein Haftungsverbindung der beweglichen Struktur und des Sub- strats nicht eintritt.An advantage of the present invention is that the manufacture of a movable structural layer can be carried out without special equipment, which goes beyond standard equipment in semiconductor production, and in particular that the spacer can be removed by a dry etching process, in which an adhesive connection of the movable Structure and the substrate does not occur.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird auf einer ersten Opferschicht, die auf einem Substrat angeordnet ist, die bewegliche Schicht aufgebracht, wobei ferner auf der beweglichen Schicht eine zweite Opferschicht vorgesehen ist, auf der eine Abdeckschicht vorgesehen ist. Aufgrund einer Verwendung eines Abstandhaltermaterials mit großer Haftung kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Abstandhalter vorteil- hafterweise derart aufgebracht werden, daß er lediglich mit der Abdeckschicht verbunden ist. Die dabei erreichte Haftung reicht aus, um während des Entfernens der ersten und zweiten Opferschicht eine irreversible Haftung der beweglichen Struktur zu verhindern. Die dadurch erzielte Vermeidung einer Stütze, die sowohl mit dem Substrat als auch demIn one exemplary embodiment, the movable layer is applied to a first sacrificial layer, which is arranged on a substrate, wherein a second sacrificial layer is further provided on the movable layer, on which a cover layer is provided. Due to the use of a spacer material with great adhesion, the spacer can advantageously be used in this exemplary embodiment. be applied such that it is only connected to the cover layer. The adhesion achieved is sufficient to prevent irreversible adhesion of the movable structure during the removal of the first and second sacrificial layers. The resulting avoidance of a support that is compatible with both the substrate and the
Deckel verbunden ist, stellt dahingehend einen Vorteil dar, ddaaßß eeiinn EEnnttffeerrnneenn ddeess AAbbssttaannddhhaalltteerrss dduurr<ch die geringe Tie- fe desselben wesentlich erleichtert ist.Connected lid, is an advantage in that the fact that the shallow depth of the same is considerably facilitated.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. la-f schematische Querschnitt-Darstellungen einer Anordnung, die einen Herstellungsprozess gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchläuft; undLa-f are schematic cross-sectional representations of an arrangement which undergoes a manufacturing process according to a first exemplary embodiment of the present invention; and
Fig. 2a-e schematische Querschnitt-Darstellungen einer Anordnung, die einen Herstellungsprozess gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchläuft.2a-e are schematic cross-sectional representations of an arrangement which undergoes a manufacturing process according to a second exemplary embodiment of the present invention.
Fig. la zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung vor dem Durchlaufen eines Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung, die eine Rohstruktur für ein Bauelement wie beispielsweise ein Sensorelement zum Erfassen einer Beschleunigung oder einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, weist ein Substrat 1 aus einem Halbleiter- material auf, auf dem auf einer Seite desselben eine Opferschicht 2 aufgebracht ist. Auf der Opferschicht 2, die vorzugsweise aus einem naßchemisch ätzbaren Oxid, wie beispielsweise Siliziumoxid, besteht, ist eine Strukturschicht 3 aufgebracht, die beispielsweise aus einem polykristalli- nen Siliziummaterial gebildet ist. Die Strukturschicht soll nach dem Durchlaufen des Herstellungsprozesses die bewegliche Struktur bilden. Die Strukturschicht weist Ausnehmungen auf, die ein laterales Ätzen der Opferschicht 2 zur Entfer- nung derselben ermöglichen. Das Aufbringen der Opferschicht 2 und der Strukturschicht 3 erfolgt mittels bekannter Halbleitertechniken, wie beispielsweise einem CVD-Verfahren (CVD = chemical vapor deposition = chemische Dampfabschei- düng) . Die Strukturierung der Strukturschicht 3 erfolgt e- benfalls mittels Verfahren und Vorrichtungen, die aus der standardmäßigen Halbleiterproduktion bekannt sind und beispielsweise eine herkömmliche Photolithographie umfassen. Die Strukturschicht 3 umfaßt Ausnehmungen, in denen das Ma- terial der Strukturschicht 3 entfernt ist, so daß die Opferschicht 2 in diesen Bereichen freiliegt. Die Ausnehmungen der Strukturschicht 3 sind mittels bekannter Verfahren, wie beispielsweise einer Photolithographie mit einem anschließenden Ätzvorgang, gebildet.Fig. La shows a cross-sectional view of an arrangement before going through a manufacturing process according to the present invention. The arrangement, which represents a raw structure for a component, such as a sensor element for detecting an acceleration or an angular velocity, has a substrate 1 made of a semiconductor material, on which a sacrificial layer 2 is applied on one side thereof. A structural layer 3, which is formed, for example, from a polycrystalline silicon material, is applied to the sacrificial layer 2, which preferably consists of an oxide which can be etched by wet chemistry, such as silicon oxide. The structure layer should form the movable structure after going through the manufacturing process. The structural layer has recesses that allow lateral etching of the sacrificial layer 2 to remove enable the same. The sacrificial layer 2 and the structural layer 3 are applied by means of known semiconductor techniques, such as, for example, a CVD process (CVD = chemical vapor deposition). The structuring of the structure layer 3 is likewise carried out by means of methods and devices which are known from standard semiconductor production and, for example, comprise conventional photolithography. The structural layer 3 comprises recesses in which the material of the structural layer 3 has been removed, so that the sacrificial layer 2 is exposed in these areas. The recesses in the structure layer 3 are formed by means of known methods, such as, for example, photolithography with a subsequent etching process.
Fig. lb zeigt die Anordnung von Fig. la nach einem ersten Prozeßschritt. Bei diesem Prozeßschritt wird zuerst eine zusammenhängende Lackschicht 4 aus einem Photolack auf der Strukturschicht 3 aufgebracht. Daraufhin wird die Lack- Schicht 4 über einer Ausnehmung der Strukturschicht 3 mittels bekannter Photolithographietechniken entfernt, so daß durch die Ausnehmung in der Strukturschicht 3 und den freigelegten Bereich der Lackschicht 4 ein Kanal 5 gebildet ist, der in Richtung zu dem Substrat 1 hin durch die Opfer- schicht 2 begrenzt ist.Fig. Lb shows the arrangement of Fig. La after a first process step. In this process step, a coherent lacquer layer 4 made of a photoresist is first applied to the structure layer 3. Thereupon the lacquer layer 4 is removed over a recess of the structure layer 3 by means of known photolithography techniques, so that a channel 5 is formed through the recess in the structure layer 3 and the exposed area of the lacquer layer 4, which in the direction of the substrate 1 through the Sacrificial layer 2 is limited.
Fig. lc zeigt die Anordnung von Fig. la nach der Durchführung eines weiteren Prozeßschrittes. Bei diesem Prozeßschritt wird durch einen Ätzvorgang eine Ausnehmung 6 in der Opferschicht 2 gebildet. Der Ätzvorgang kann durch eine Ätzung mit einem anisotrop ätzenden Mittel oder durch eine Ätzung mit einem anisotrop ätzenden Mittel zusammen mit einem isotrop ätzenden Mittel durchgeführt werden, wobei das Ätzmittel jeweils über den Kanal 5 der Operschicht 3 zuge- führt wird und an derselben angreift. Die Verwendung eines geeigneten anisotrop ätzenden Mittels mit einer ausreichenden lateralen Ätzrate bewirkt, daß sich nach dem Ätzvorgang die gebildete Ausnehmung 6 jenseits des gebildeten Kanals 5 erstreckt, wobei die Ausnehmung 6 eine Begrenzung aufweist, die seitlich durch eine Fläche der Opferschicht 2, in der zu dem Substrat 1 hin weisenden Richtung durch eine Fläche des Substrats 1 und in der von dem Substrat 1 weg weisenden Richtung durch einen Abschnitt der Strukturschicht 3 geliefert wird. Daraufhin wird die Lackschicht 4 entfernt, so daß die in Fig. lc gezeigte Anordnung erhalten wird.Fig. Lc shows the arrangement of Fig. La after the execution of a further process step. In this process step, a recess 6 is formed in the sacrificial layer 2 by an etching process. The etching process can be carried out by etching with an anisotropically etching agent or by etching with an anisotropically etching agent together with an isotropically etching agent, the etching agent in each case being fed via channel 5 to the opera layer 3 and attacking it. The use of a suitable anisotropic etching agent with a sufficient lateral etching rate has the effect that after the etching process, the recess 6 formed beyond the channel 5 formed The recess 6 has a boundary which extends laterally through a surface of the sacrificial layer 2, in the direction toward the substrate 1 through a surface of the substrate 1 and in the direction away from the substrate 1 through a section of the structural layer 3 is delivered. The lacquer layer 4 is then removed, so that the arrangement shown in FIG. 1c is obtained.
In einem nächsten Prozeßschritt wird ein Abstandhalter 7 in einem Abscheidungsprozess eingebracht. Bei dem Abschei- dungsprozess, der vorzugsweise ein CVD-Prozess ist, dringt das Abstandhaltermaterial in die Ausnehmung 6 ein und bildet entlang der Begrenzungen der Ausnehmung 6 sowie entlang von seitlichen Flächen, die den Durchgang zu der Aus- nehmung 6 bilden, eine zusammenhängende Schicht, wobei durch eine anschließend aufgebrachte Maske, die beispielsweise aus einer mittels Photolithographie strukturierten Photolackschicht oder einer strukturierten Blende besteht, die Abstandshalterschicht so strukturiert werden kann, daß diese nur in Stützbereichen stehenbleibt. Die zusammenhängende Schicht, die den Abstandhalter 7 bildet, wird vorzugsweise derart gebildet, daß sich dieselbe teilweise auf einem Bereich der Oberfläche der Strukturschicht 3 erstreckt, wie es in Fig. ld gezeigt ist, wodurch die Veran- kerung des Abstandhalters 7 auf der Strukturschicht 3 erhöht wird. Das Einbringen des Abstandhalters 7 erfolgt im Gegensatz zu dem Verfahren eines Lackstöpsels auf eine definierte und steuerbare Weise, wodurch die Dicke und Geometrie nach Wunsch ausgebildet werden kann. Ferner kann die Ausnehmung der Strukturschicht 3, durch die das Abstandhaltermaterial in die Ausnehmung 6 eindringt, klein gehalten werden, wodurch der Platzbedarf vor allem durch die zur Verfügung stehende Lithographie bestimmt wird und eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahren für MEMS-Strukturen (MEMS= micro electrical mechanical Systems) in vielen Größenordnungen und Ausführungen erreicht wird. Als Abstandhaltermaterial wird vorzugsweise ein Nitridmaterial verwendet, wobei dasselbe mittels bekannter Aufbringungstechniken und vorzugsweise mittels einer Abscheidung in einem LPCVD-Prozeß (LPCVD = low pressure chemical vapor deposition = chemische Dampfabscheidung mit geringem Druck) gebildet wird. Die Verwendung einer Nitridschicht ist aufgrund der hohen mechanischen Stabilität vorteilhaft, wodurch die Dicke und Geometrie des Abstandhalters 7 klein gehalten werden kann. Dadurch eignet sich das erfindungsge- mäße Verfahren auch für Anordnungen, bei denen bewegliche Strukturen von kleiner Größenordnung erzeugt werden sollen. Darüberhinaus ermöglicht das Verfahren der Verwendung einer Nitridschicht, die mittels eines LPCVD-Verfahrens aufgebracht wird, eine Ausbildung des Abstandhalters 7 auch für tiefe Strukturen mit einer dicken Opferschicht, da die aufgebrachte Nitridschicht eine sehr gute Kantenbedeckung aufweist, wodurch eine gute Haftung der Schicht erreicht wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Nitridschicht ergibt sich aus der Tatsache, daß Nitridmaterial bei einer naßchemischen Ätzung eine wesentlich geringere Ätzrate als das Material der Opferschicht 2 aufweist. Folglich kann die Dicke der Schicht des Abstandhalters 7 derart dimensioniert werden, daß bei dem nachfolgend beschriebenen Schritt einer naßchemischen Ätzung der Opferschicht 2 der Abstandhalter 7 aufgrund der geringeren Ätzrate des Nitridmaterials im Vergleich zu dem Opfermaterial nur gering abgetragen wird und bestehen bleibt, so daß die Nitridschicht eine Funktion als elastische, Distanz haltende Verbindung zwischen dem Substrat 1 und der Strukturschicht 3 während eines folgenden Ätzprozesses der Opferschicht 2 beibehalten kann.In a next process step, a spacer 7 is introduced in a deposition process. In the case of the deposition process, which is preferably a CVD process, the spacer material penetrates into the recess 6 and forms a coherent layer along the boundaries of the recess 6 and along lateral surfaces which form the passage to the recess 6 , whereby the spacer layer can be structured in such a way that a spacer layer can be structured so that it only remains in support areas by means of a subsequently applied mask, which consists, for example, of a photoresist layer structured by means of photolithography. The continuous layer that forms the spacer 7 is preferably formed such that it extends partially over a region of the surface of the structural layer 3, as shown in FIG. 1d, thereby anchoring the spacer 7 on the structural layer 3 is increased. In contrast to the process of a lacquer stopper, the spacer 7 is introduced in a defined and controllable manner, as a result of which the thickness and geometry can be designed as desired. Furthermore, the recess in the structural layer 3, through which the spacer material penetrates into the recess 6, can be kept small, as a result of which the space requirement is determined primarily by the available lithography and a use of the method according to the invention for MEMS structures (MEMS = micro electrical mechanical systems) in many sizes and designs. A nitride material is preferably used as the spacer material, the same being formed by means of known application techniques and preferably by means of a deposition in an LPCVD process (LPCVD = low pressure chemical vapor deposition). The use of a nitride layer is advantageous due to the high mechanical stability, as a result of which the thickness and geometry of the spacer 7 can be kept small. As a result, the method according to the invention is also suitable for arrangements in which movable structures of small order of magnitude are to be produced. In addition, the method of using a nitride layer, which is applied by means of an LPCVD method, enables the spacer 7 to be formed even for deep structures with a thick sacrificial layer, since the applied nitride layer has a very good edge coverage, as a result of which good layer adhesion is achieved , A further advantage of using a nitride layer results from the fact that nitride material has a substantially lower etching rate than the material of the sacrificial layer 2 in the case of wet chemical etching. Consequently, the thickness of the layer of the spacer 7 can be dimensioned such that, in the step of wet chemical etching of the sacrificial layer 2 described below, the spacer 7 is only slightly removed due to the lower etching rate of the nitride material compared to the sacrificial material and remains, so that Nitride layer can maintain a function as an elastic, distance-maintaining connection between the substrate 1 and the structural layer 3 during a subsequent etching process of the sacrificial layer 2.
Fig. le zeigt die Anordnung nach dem Durchführen eines Ätzvorgangs der Opferschicht 2. Zunächst wird mittels bekannter Techniken eine Schutzschicht beispielsweise aus Photo- lack gebildet, um Bereiche der Strukturschicht 3 vor einem nicht gewollten Ätzen zu schützen. Bei dem naßchemischen Ätzvorgang der Opferschicht 2, der vorzugsweise ein Ätzen mit HF umfaßt, greift das Ätzmittel durch die Ausnehmungen in der Strukturschicht 3 an der Opferschicht 2 an, wobei aufgrund einer hohen lateralen Ätzrate des Ätzmittels die Opferschicht 2 zwischen der Strukturschicht 3 und dem Substrat 1 teilweise oder vollständig entfernt wird.FIG. 1e shows the arrangement after an etching process of the sacrificial layer 2. First, a protective layer, for example made of photoresist, is formed using known techniques in order to protect regions of the structural layer 3 against undesired etching. During the wet chemical etching process of the sacrificial layer 2, which preferably comprises an etching with HF, the etching agent engages through the recesses in the structural layer 3 to the sacrificial layer 2, the sacrificial layer 2 between the structural layer 3 and the substrate 1 being partially or completely removed due to a high lateral etching rate of the etchant.
Durch das Vorsehen des Abstandhalters 7 ist während des gesamten Ätzvorgangs und dem darauffolgenden Trocknungsvorgang des flüssigen Ätzmittels garantiert, daß die Strukturschicht 3 stets auf Distanz zu dem Substrat 1 gehalten wird, so daß ein Verbiegen der Strukturschicht 3 und ein Haften derselben an dem Substrat 1 verhindert ist. Ferner bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß bei einer geeigneten Wahl des Abstandhalter ein Ätzen mit guter lateraler Ätzrate erreicht werden kann.The provision of the spacer 7 during the entire etching process and the subsequent drying process of the liquid etchant guarantees that the structural layer 3 is always kept at a distance from the substrate 1, so that the structural layer 3 does not bend and does not adhere to the substrate 1 is. Furthermore, the present invention offers the advantage that etching with a good lateral etching rate can be achieved with a suitable choice of the spacer.
Nach einer Trocknung der Anordnung wird der Abstandhalter 7 mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses entfernt, wobei sich die in Fig. If gezeigte Anordnung ergibt. Der Ätz- prozess kann dabei in Anlagen durchgeführt werden, die bei einer Halbleiterproduktion standardmäßig verwendet werden. Die Verwendung eines trockenchemischen Ätzvorgangs zur Entfernung des Abstandhalters 7 weist die Vorteile einer guten Steuerbarkeit und einer Entfernung des Abstandhalters 7 ohne ein Verbleiben von Rückständen auf. Hierbei erweist es sich als Vorteil, daß der Abstandhalter 7 mit einer kleinen Geometrie und Dicke gebildet werden kann, wodurch eine einfache und rückstandslose Entfernung desselben mittels eines trockenchemischen Ätzvorgangs zusätzlich erleichtert wird.After the arrangement has dried, the spacer 7 is removed by means of a dry chemical etching process, the arrangement shown in FIG. The etching process can be carried out in systems that are used as standard in semiconductor production. The use of a dry chemical etching process to remove the spacer 7 has the advantages of good controllability and removal of the spacer 7 without leaving residues. It has proven to be an advantage here that the spacer 7 can be formed with a small geometry and thickness, whereby a simple and residue-free removal of the same is additionally facilitated by means of a dry chemical etching process.
Die in Fig. If gezeigte Anordnung mit einer bezüglich des Substrats 1 beweglichen Strukturschicht 3 kann beispielsweise als Erfassungselement bei einem Beschleunigungssensor oder einem Drehratensensor zum Einsatz kommen, wobei die bewegliche Strukturschicht 3 als ein sensitives Element zur Erfassung physikalischer Größen dient.The arrangement shown in FIG. If with a structural layer 3 movable with respect to the substrate 1 can be used, for example, as a detection element in an acceleration sensor or a rotation rate sensor, the movable structure layer 3 serving as a sensitive element for detecting physical quantities.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 2a-2e erläutert. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird bei dem nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Abstandhalter 7 derart eingebracht, daß derselbe mit einer Abdeckung 10 und einer Strukturschicht 3 verbunden ist.The following is a second embodiment of the present invention with reference to Figures 2a-2e explained. In contrast to the first exemplary embodiment, in the second exemplary embodiment described below, the spacer 7 is introduced in such a way that it is connected to a cover 10 and a structural layer 3.
Fig. 2a zeigt eine Rohstruktur des zweiten Ausführungsbeispiels. Auf einem Substrat 1 ist eine erste Opferschicht 8 gebildet, auf der wiederum eine Strukturschicht 3 ausgebil- det ist, die die bewegliche Stuktur bilden soll. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Strukturschicht 3 Ausnehmungen auf, um ein laterales Ätzen zu ermöglichen.2a shows a raw structure of the second exemplary embodiment. A first sacrificial layer 8 is formed on a substrate 1, on which in turn a structural layer 3 is formed, which is to form the movable structure. As in the first exemplary embodiment, the structural layer 3 has recesses in order to enable lateral etching.
Auf der Strukturschicht 3 und in den Ausnehmungen derselben ist eine zweite Opferschicht 9 gebildet. Ferner ist auf der zweiten Opferschicht 9 eine Abdeckung 10 gebildet, die Ausnehmungen zum Ermöglichen eines lateralen Ätzens aufweist, die vorzugsweise über den Ausnehmungen der Strukturschicht 3 ausgebildet sind, wie es in Fig. 2a gezeigt ist.A second sacrificial layer 9 is formed on the structure layer 3 and in the recesses thereof. Furthermore, a cover 10 is formed on the second sacrificial layer 9, which has recesses to enable lateral etching, which are preferably formed above the recesses in the structural layer 3, as shown in FIG. 2a.
Die erste Opferschicht 8 und die zweite Opferschicht 9 weisen wie die Opferschicht 2 ein naßchemisch ätzbares Material, wie beispielsweise Siliziumoxid auf. Die erste 8 und zweite 9 Opferschicht werden bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet, um die bewegliche Struktur, die aus der Strukturschicht 3 gebildet wird, bezüglich des Substrats 1 und der Abdeckung 10 beweglich zu halten.Like the sacrificial layer 2, the first sacrificial layer 8 and the second sacrificial layer 9 have a material that can be etched by wet chemistry, such as silicon oxide. The first 8 and second 9 sacrificial layers are used in this exemplary embodiment in order to keep the movable structure which is formed from the structure layer 3 movable with respect to the substrate 1 and the cover 10.
Fig. 2b zeigt die Struktur von Fig. 2a nach dem Durchführen eines ersten Ätzvorgangs zum Bilden einer Ausnehmung 6, in der in einem nachfolgenden Schritt der Abstandhalter 7 eingebracht wird.FIG. 2b shows the structure of FIG. 2a after a first etching process has been carried out to form a recess 6, in which the spacer 7 is introduced in a subsequent step.
Die Ausnehmung 6 wird entsprechend zu der Bildung der Aus- nähme 6 bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Ätzung mit einem anisotrop-ätzenden Mittel oder mit einem a- nisotrop-ätzenden Mittel zusammen mit einem isoptrop- ätzenden Mittel gebildet. Das Ätzmittel wird dabei über ei- ne Ausnehmung 11 in der Abdeckung 10 zu der zweiten Opferschicht 9 zugeführt. Die Verwendung des anisotrop-ätzenden Mittels bewirkt dabei, daß sich die Ausnehmung 6 in der zweiten Opferschicht 9 lateral jenseits der Ausnehmung 11 der Abdeckung 10 erstreckt.In accordance with the formation of the recess 6 in the first exemplary embodiment, the recess 6 is formed by etching with an anisotropically etching agent or with an anisotropically etching agent together with an isoptrop-etching agent. The etchant is ne recess 11 in the cover 10 to the second sacrificial layer 9 is supplied. The use of the anisotropic etching agent causes the recess 6 in the second sacrificial layer 9 to extend laterally beyond the recess 11 of the cover 10.
Um den Ätzvorgang auf den gewünschten Bereich zu begrenzen, wird vor dem Ätzvorgang auf die Abdeckung 10 und in die Ausnehmungen derselben ein Fotolack aufgebracht, wobei durch ein geeignetes Strukturieren mittels beispielsweise einer Photolithographie der Bereich definiert wird, in dem die Ausnehmung 6 zu bilden ist. Die Tiefe der Ätzung wird über die Ätzzeit geregelt.In order to limit the etching process to the desired area, a photoresist is applied to the cover 10 and into the recesses thereof prior to the etching process, the area in which the recess 6 is to be formed being defined by suitable structuring by means of, for example, photolithography. The depth of the etching is regulated via the etching time.
Nachdem die Ausnehmung 6 gebildet ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 2c der Abstandhalter 7 durch einen Abschei- dungsprozeß und vorzugsweise durch einen CVD-Prozeß eingebracht. Da die Ausnehmung 6 lediglich in der zweiten Opferschicht 9 gebildet ist, ist der Abstandhalter 7 als zusam- menhängende Schicht gebildet, die sich entlang der Begrenzungsflächen der Ausnehmung 6 und auf einem Bereich der Abdeckung 10 erstreckt.After the recess 6 is formed, the spacer 7 is introduced by means of a deposition process and preferably by a CVD process, with reference to FIG. 2c. Since the recess 6 is only formed in the second sacrificial layer 9, the spacer 7 is formed as a coherent layer which extends along the boundary surfaces of the recess 6 and on an area of the cover 10.
Das Aufbringen des Abstandhalters 7 erfolgt derart, daß zu- nächst entlang den Begrenzungsflächen der Ausnehmung 6, auf der Abdeckung 10 und in Ausnehmungen derselben eine zusammenhängende Schicht aufgebracht wird. Wie es bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, wird daraufhin mittels einer Photolithographie und einem Ätzschritt der Abstandhalter 7 auf den gewünschten Bereich begrenzt.The spacer 7 is applied in such a way that a coherent layer is first applied along the boundary surfaces of the recess 6, on the cover 10 and in recesses thereof. As has already been described in the first exemplary embodiment, the spacer 7 is then limited to the desired area by means of a photolithography and an etching step.
In einem nächsten Prozeßschritt wird die erste 8 und zweite 9 Opferschicht durch ein naßchemisches anisotropes Ätzen entsprechend zu dem ersten Ausführungsbeispiel entfernt. Vorzugsweise erfolgt das Entfernen der ersten 8 und zweiten 9 Opferschicht in einem Prozeßschritt. Der Abstandhalter 7 verhindert, daß während des Ätzschritts die Strukturschicht 3 in Berührung mit dem Substrat 1 oder der Abdeckung 10 kommt. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Abstandhalter nach dem Ätzen der ersten 8 und zweiten 9 Opferschicht mit der Abdeckung 10 und nicht mit dem Substrat 1 verankert ist, um eine Stütze für die Strukturschicht 3 zu liefern, ist es erforderlich, das Material für den Abstandhalter 7 mit einer großen Haftfähigkeit auszuwählen, um der Gewichtskraft der Strukturschicht 3 und den während des Ätzens erzeugten Kohäsionskräften zu widerstehen.In a next process step, the first 8 and second 9 sacrificial layers are removed by wet-chemical anisotropic etching in accordance with the first exemplary embodiment. The first 8 and second 9 sacrificial layers are preferably removed in one process step. The spacer 7 prevents the structural layer 3 from coming into contact with the substrate 1 or the cover 10 during the etching step. In this exemplary embodiment, since the spacer is anchored to the cover 10 and not to the substrate 1 after the etching of the first 8 and second 9 sacrificial layer, in order to provide support for the structural layer 3, it is necessary to include the material for the spacer 7 to select a large adhesiveness in order to withstand the weight of the structural layer 3 and the cohesive forces generated during the etching.
Wie bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel erwähnt wurde, wird dazu vorteilhafterweise Nitrit verwendet, das eine hohe Verankerungsfähigkeit aufweist.As already mentioned in the first exemplary embodiment, nitrite, which has a high anchoring ability, is advantageously used for this purpose.
In einem nachfolgenden Prozeßschritt wird der AbstandhalterIn a subsequent process step, the spacer
7 durch ein trockenchemisches Ätzen entfernt. Hierbei wirkt sich vorteilhaft aus, daß sich der Abstandhalter 7 durch das Einbringen von oben und die Verankerung an der Abdeckung 10 in die Tiefe nicht über die Strukturschicht 2 hinaus erstreckt.7 removed by dry chemical etching. This has an advantageous effect that the spacer 7 does not extend beyond the structural layer 2 due to the introduction from above and the anchoring to the cover 10 in depth.
Dadurch wird das Entfernen des Abstandhalters 7 erleich- tert, wodurch es möglich ist, die zum Bilden der Ausnehmung 6 bzw. zum Bilden des Abstandhalters 7 erforderliche Ausnehmung 11 der Abdeckung 10 bezüglich eines Durchmessers gering zu halten.The removal of the spacer 7 is thereby facilitated, which makes it possible to keep the diameter of the recess 11 of the cover 10 required to form the recess 6 or to form the spacer 7 small.
Ferner ermöglicht das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durch die Begrenzung des Abstandhalters 7 auf die Tiefe der Strukturschicht 3, daß die erste OpferschichtFurthermore, the method according to the second exemplary embodiment enables the first sacrificial layer by limiting the spacer 7 to the depth of the structural layer 3
8 und folglich ein Abstand der Strukturschicht 3 zu dem Substrat 1 eine große Länge aufweisen kann, ohne daß das Entfernen des Abstandhalters 7 erschwert ist.8 and consequently a distance of the structural layer 3 from the substrate 1 can have a great length without the removal of the spacer 7 being difficult.
Dies kann insbesondere bei den bekannten Verfahren des Ver- wendens von Lackstöpseln nicht erreicht werden, da der Lack lediglich eine geringe Verankerungsfähigkeit aufweist, so daß der Lackstöpsel zur Vermeidung einer Haftung der Strukturschicht 3 während des Ätzens der Opferschichten auf dem Substrat 1 aufgebracht sein muß, um eine ausreichende Stützwirkung für die Strukturschicht 3 zu erhalten. Folglich ist bei dem bekannten Verfahren einer Verwendung von Lackstöpseln ein Entfernen des Lackstöpsels problematisch, da der Lack aus einer großen Tiefe entfernt werden muß, wodurch es erforderlich ist, die Ausnehmung 11 mit einem ent- sprechend großen Durchmesser vorzusehen.This cannot be achieved in particular with the known methods of using lacquer plugs, since the lacquer has only a low anchoring ability, so that the lacquer plug has to be applied to the substrate 1 during the etching of the sacrificial layers in order to avoid adhesion of the structure layers 3 in order to obtain a sufficient support effect for the structure layer 3. Consequently, in the known method of using lacquer plugs, removal of the lacquer plug is problematic since the lacquer must be removed from a great depth, which makes it necessary to provide the recess 11 with a correspondingly large diameter.
Wie vorhergehend erwähnt wurde, wird dies durch den erfindungsgemäßen Abstandhalter vermieden.As previously mentioned, this is avoided by the spacer according to the invention.
Nachdem Entfernen des Abstandhalters 7 ist die bewegliche Struktur 3 bezüglich des Substrats 1 und der Abdeckung 10 frei beweglich, wobei dieselbe an einem Rand über Reste der Opferschichten 8 und 9 mit dem Substrat 1 und der Abdeckung 10 verbunden sind.After removal of the spacer 7, the movable structure 3 is freely movable with respect to the substrate 1 and the cover 10, the latter being connected at one edge to the substrate 1 and the cover 10 via remnants of the sacrificial layers 8 and 9.
Obwohl die vorliegende Erfindung derart beschrieben wurde, daß lediglich ein Abstandhalter zwischen dem Substrat und der Strukturschicht vorgesehen ist, umfassen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung das Vorse- hen mehrerer Abstandhalter zwischen dem Substrat und der Strukturschicht . Although the present invention has been described such that only one spacer is provided between the substrate and the structural layer, alternative embodiments of the present invention include providing multiple spacers between the substrate and the structural layer.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Substrat1 substrate
2 Opferschicht 3 Strukturschicht2 sacrificial layer 3 structural layer
4 Lackschicht4 lacquer layer
5 Kanal5 channel
6 Ausnehmung6 recess
7 Abstandhalter 8 erste Opferschicht7 spacers 8 first sacrificial layer
9 zweite Opferschicht9 second sacrificial layer
10 Abdeckung10 cover
11 Ausnehmung 11 recess

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen einer MikroStruktur mit einem Substrat (1) und einer bezüglich des Substrats (1) beweglichen Struktur mit folgenden Schritten:1. A method for producing a microstructure with a substrate (1) and a structure that is movable with respect to the substrate (1), comprising the following steps:
Bereitstellen einer Rohstruktur, die das Substrat (1), eine Opferschicht (2) auf dem Substrat (1) und eine Strukturschicht (3) umfaßt, wobei die Opferschicht (2) zwischen der Strukturschicht (3) und dem Substrat (1) angeordnet ist;Providing a raw structure which comprises the substrate (1), a sacrificial layer (2) on the substrate (1) and a structural layer (3), the sacrificial layer (2) being arranged between the structural layer (3) and the substrate (1) ;
Einbringen eines Abstandhalters (7) zwischen die Strukturschicht (3) und das Substrat (1), wobei der Abstandhalter (7) aus einem anderen Material als die Opferschicht (2) ist, und wobei das Material des Abstandhalters (7) trocke- nätzbar ist;Introducing a spacer (7) between the structural layer (3) and the substrate (1), the spacer (7) being made of a different material than the sacrificial layer (2) and the material of the spacer (7) being dry-etchable ;
Entfernen der Opferschicht (2), derart, daß der Abstandhalter (7) zumindest teilweise verbleibt; undRemoving the sacrificial layer (2) such that the spacer (7) remains at least partially; and
Entfernen des Abstandhalters (7) mittels einer Trockenätzung.Remove the spacer (7) using dry etching.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Abstandhalter (7) aus einem Nitridmaterial ist.2. The method according to claim 1, wherein the spacer (7) is made of a nitride material.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Schritt des Einbringens eines Abstandhalters (7) ein Erzeugen einer Ausnehmung (6) in der Opferschicht (2) aufweist.3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the step of introducing a spacer (7) comprises producing a recess (6) in the sacrificial layer (2).
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Einbringens eines Abstandhalters (7) ein Aufbringen einer zusammenhängenden Schicht als Abstandhal- ter (7) aufweist, wobei sich dieselbe zumindest über einen Abschnitt des Substrats (1) und einen Abschnitt der Strukturschicht (3) erstreckt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of introducing a spacer (7) an application of a continuous layer as a spacer ter (7), the same extending at least over a section of the substrate (1) and a section of the structural layer (3).
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Entfernen der Opferschicht (2) einen naßchemischen Ätzvorgang umfaßt.5. The method according to claim 4, wherein the removal of the sacrificial layer (2) comprises a wet chemical etching process.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Schritt eines Erzeugens eines Abstandhalters (7) ein Erzeugen einer Ausnehmung (6) in der Opferschicht (2) durch ein anisotropes Ätzen aufweist.6. The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the step of producing a spacer (7) comprises producing a recess (6) in the sacrificial layer (2) by anisotropic etching.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Schritt eines Erzeugens eines Abstandhalters (7) ein Erzeugen einer Ausnehmung (6) in der Opferschicht (2) durch eine Kombination eines isotropen und eines anisotropen Ätzens aufweist.7. The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the step of creating a spacer (7) comprises creating a recess (6) in the sacrificial layer (2) by a combination of an isotropic and an anisotropic etching.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Dicke und Geometrie des Abstandhalters (7) derart ausgewählt ist, daß derselbe bei einem Entfernen der Opferschicht (2) mittels eines naßchemischen Ätzvorgangs im wesentlichen bestehen bleibt.8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the thickness and geometry of the spacer (7) is selected such that the same remains essentially when the sacrificial layer (2) is removed by means of a wet chemical etching process.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem der Schritt des Einbringens eines Abstandhalters (7) ein Aufbringen einer zusammenhängenden Schicht als Abstandhalter (7) mittels eines LPCVD-Verfahrens aufweist.9. The method according to any one of claims 4 to 8, wherein the step of introducing a spacer (7) comprises applying a continuous layer as a spacer (7) by means of an LPCVD method.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, bei dem der Schritt des Bereitsteilens einer Rohstruktur ein Bereitstellen einer Rohstruktur für eine MikroStruktur umfaßt, bei der die Strukturschicht eine bewegliche Masse eines Beschleunigungssensors oder eines Drehratensensors de- finiert.10. The method according to any one of claims 4 to 9, wherein the step of providing a raw structure comprises providing a raw structure for a microstructure, in which the structure layer defines a movable mass of an acceleration sensor or a rotation rate sensor.
11. Verfahren zum Herstellen einer MikroStruktur mit einem Substrat, einer Abdeckung und einer bezüglich des Substrats und der Abdeckung beweglichen Struktur mit folgenden Schritten:11. Method for producing a microstructure with a substrate, a cover and one with respect to the substrate and the cover movable structure with the following steps:
Bereitstellen einer Rohstruktur mit folgenden Merkmalen:Provision of a raw structure with the following features:
einer ersten Opferschicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist;a first sacrificial layer applied to the substrate;
einer Strukturschicht, die auf der ersten Opferschicht auf- gebracht ist;a structure layer that is applied to the first sacrificial layer;
einer zweiten Opferschicht, die auf der Strukturschicht aufgebracht ist; unda second sacrificial layer which is applied to the structure layer; and
eine Abdeckung, die auf der zweiten Opferschicht aufgebracht ist;a cover applied to the second sacrificial layer;
Einbringen eines Abstandhalters zwischen die Strukturschicht und die Abdeckung, wobei der Abstandhalter aus ei- nem anderen Material als die Opferschicht ist, und wobei das Material des Abstandhalters trockenatzbar ist;Introducing a spacer between the structural layer and the cover, the spacer being made of a different material than the sacrificial layer, and the material of the spacer being dry-erasable;
Entfernen der ersten und zweiten Opferschicht derart, daß der Abstandhalter mindestens teilweise verbleibt; undRemoving the first and second sacrificial layers such that the spacer remains at least partially; and
Entfernen des Abstandhalters mittels Trockenätzung Remove the spacer using dry etching
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